Смена магнитных полюсов нашей планеты сопровождается существенными экологическими изменениями — так утверждает коллектив ученых после детального исследования подобного процесса, прошедшего 42 тысячи лет назад. Уточненная датировка события, моделирование климата и подробный анализ указывают на аномалии атмосферы и глобальные климатические сдвиги. Это и подобные ему потрясения могли стать причиной вымирания неандертальцев, европейских мамонтов и других представителей древнего мира. Также они, вероятно, повлияли на образ жизни и культуру наших пещерных предков. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Влияние ослабленного магнитного поля в период пониженной солнечной активности на содержание озона по всей планете. Цветовая шкала в единицах Добсона (DU).
Изменение полярности магнитного поля Земли 42 тысячи лет назад называется событием или экскурсией Лашамп, в честь местности во Франции, где впервые были обнаружены свидетельства о нем.
«Цепочка наших рассуждений об этом событии выстраивается от находки 2019 года в Новой Зеландии. Там было обнаружено окаменелое дерево каури, жившее 1700 лет во время экскурсии Лашамп, — рассказывает один из авторов работы Евгений Розанов, руководивший математическим моделированием климата, сотрудник Физико-метеорологической обсерватории Давоса (PMOD/ WRC), выпускник Санкт-Петербургского государственного университета. — Другие данные — ширина годичных колец и их состав — дают нам информацию об особенностях окружающей среды, сказавшихся на живом дереве. Мы также изучили данные других летописей природы: хронику магнитного поля в горных породах, следы космических излучений во льдах Антарктиды и Гренландии и прочие следы процессов, происходивших в то время. Благодаря исследованию годичных колец находки мы уточнили датировку и смогли синхронизировать данные от разных источников».
Авторы выяснили, что событие Лашамп сопровождалось уменьшением магнитного поля в течение примерно полутора тысяч лет. А значит, падала и защита планеты от жестких излучений. Это подтверждается возрастанием содержания изотопов углерода, бериллия и кислорода в атмосфере в тот период. Попадание космических частиц в атмосферу инициирует химические и ядерные реакции, приводящие в том числе к снижению содержания озона. В описанный момент это снижение достигало 5% и сопровождалось увеличением потока ультрафиолета на эту же величину, особенно в области экватора. Северное сияние спускалось по широтам до сороковой параллели (широта Рима, Ташкента и Пекина). Заметно возрастала облачность в низких широтах.
Климатические изменения в период совпадения ослабленного поля и минимума солнечной активности. Показаны температурные аномалии земной поверхности. Цветовая шкала в Кельвинах (°K).
На тот же период приходится ряд минимумов солнечной активности, а значит, и слабого солнечного магнитного поля. В течение промежутков времени от сорока до ста и более лет подряд Земля подвергалась интенсивному облучению межзвездными частицами — более энергетичными, чем солнечные. В низких широтах это приводило к падению содержания озона на 10-15%, и на такую же величину увеличивался поток ультрафиолета.
Эти данные в числе прочих были получены авторами при помощи подробной химико-климатической модели атмосферы Земли (модель SOCOL-MPIOM). Она учитывает многие внутренние и внешние факторы, циркуляцию вещества и теплообмен, химические процессы и ядерные реакции в верхних слоях. Все знания о том периоде, объединенные в модели, позволили детализовать значимые для климата и экологии параметры окружающей среды. К примеру, совмещенные с картой планеты, результаты моделирования показывают падение содержания озона над всей поверхностью. На карте аномалий температуры и скорости ветра видны области потепления в северной Европе и похолодание в области нынешних ледников Северной Америки. Все это четко указывает на произошедшее 42 тысячи лет назад изменение климата. Авторы назвали его событием Адамса, в честь писателя Дугласа Адамса и его числа 42 — «ответа на главный вопрос жизни, Вселенной и всего такого».
Для солнечной активности характерны также эпизодические выбросы высокоэнергетических частиц в течение одного–двух дней. Во времена экскурсии Лашампа на низких широтах это приводило к усилению ионизации стратосферы на несколько порядков (в 104–108 интенсивнее современной). Также возрастала ионизация нижних слоев атмосферы до 50 раз. Заметное полярное сияние могло охватывать всю планету.
Сияние по всему небу и обжигающее излучение в эти короткие дни солнечных вспышек, повышенный ультрафиолет в течение солнечных минимумов сказались не только на климате. К примеру, близко по времени к событию Адамса чаще появляются наскальная живопись и отпечатки ладоней, сделанные охрой. Это резкое изменение в поведении наших предков по всему миру сопровождается более частым проживанием в пещерах. Вероятно, они прятались от травмирующего ультрафиолетового излучения, а применение охры могло быть тоже в первую очередь защитой от излучения. Через тысячу лет после смены полюсов, но все еще при ослабленном поле, произошло до сих пор не объясненное вымирание неандертальцев, а в Европе распространилась одна из самых ранних ориньякская культура Homo sapiens.
«Похоже, что событие Адамса — это яркая климатическая, экологическая и археологическая граница, которая ранее оставалась незамеченной. Более того, это не единственное подобное событие. К примеру, еще одна хорошо известная экскурсия полюсов Моно 34 тысячи лет назад сопровождалась интенсивным вымиранием крупных животных Евразии. Раскрытые в этой работе детали древнего события подтверждают важную роль нередкой по геологическим масштабам смены магнитных полюсов планеты для развития жизни на ее поверхности», — рассказывает Ирина Миронова, кандидат физико-математических наук, руководитель по проекту РНФ, старший научный сотрудник Санкт-Петербургского государственного университета.
Коллектив авторов работы включает представителей Австралии, Новой Зеландии, Англии, США, Швейцарии, Швеции, Германии, Китая и России.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда
